碳纖維是人形機器人輕量化的核心材料
機器人輕量化核心材料，碳纖維應用于機械手等部位
技術進步+巨頭入局+政策支持，人形機器人產業趨勢明確。未來5年人形機器人市場有望持續高增。根據Stratistics Market Research Consulting數據，2027年全球人形機器人市場規模預計為141億美元，2020-2027年CAGR達58.5%。
機器人前期受限于靈活性差、工作效率低等因素影響，在部分領域無法大規模推廣，而機器人本體輕量化技術是解決以上問題的主要途徑之一。碳纖維應用于機器人輕量化結構材料，主要優勢體現在：①自重輕、能耗低，生產效率高，機碳纖維復合材料密度僅為鋼材的1/3，較鋁合金輕30%。②強度大、承載多，功能多樣化，碳纖維復合材料的比強度、比模量均比鋼高，其抗拉強度一般在3500MPa以上，是鋼的7-9倍。③蠕變小、精度高，碳纖維復合材料熱膨脹系數極低、蠕變小，能夠適應溫差較大的工作環境。④碳纖維復合材料具有良好的耐疲勞性，維護/更新頻率低。
參考已發布的機器人機械臂，利用碳纖維材料可幫助機械臂達到輕量化效果。目前碳纖維應用場景包括機械手、部分關節部位、感知鞋等。
彈性測算：2027年有望拉動5000噸以上碳纖維銷量
我們預計單個人形機器人碳纖維用量約7-8kg，據此測算2027年全球人形機器人行業拉動碳纖維增量約為5287.5萬噸。2022年全球碳纖維需求為13.5萬噸，新增需求占比約3.9%，有望成為碳纖維下一個重要增長極。
碳纖維擴產/降價/降本大周期已開啟，開拓新領域可期
近2年國內碳纖維擴產幅度較大，2021-2022年國內碳纖維新增產能分別為2.67、4.93萬噸，年末在產產能同比增速分別為74%、79%。擴產后降價/降本大周期開啟，碳纖維作為復合材料，在輕量化、材料強度、模量等方面較傳統金屬合金及其他復合材料具備明顯優勢，前期市場空間相對受限，主因系碳纖維單價高，我們看好降價/降本大周期下碳纖維拓寬應用領域。復盤碳纖維在碳碳復材、風電葉片、壓力容器等領域發展過程，通常會經歷：某一下游需求迫切需要碳纖維提高其產品性能，以應用于其高端領域——>高端領域率先滲透——>碳纖維性價比奮起直追——>對傳統材料實現大規模替代。
投資建議：碳纖維滿足輕量化需求，比強度、比模量遠高于傳統金屬合金，是機器人輕量化核心材料，可應用于機械手等部位。我們測算，2027年全球人形機器人行業有望拉動碳纖維增量5287.5萬噸，有望成為碳纖維下一個重要增長極。碳纖維擴產/降價/降本大周期已開啟，開拓新領域可期，建議關注【中復神鷹】【光大同創】。
風險提示：新應用領域拓展不及預期；行業新增產能投放的風險；原材料價格大幅波動。
報告正文
#1
碳纖維是人型機器人輕量化的核心材料
1.1
技術進步+巨頭入局+政策支持，人形機器人產業趨勢明確
技術進步+巨頭入局+政策支持，人形機器人產業趨勢明確：
根據中國計算機學會專家的定義，具身智能是指，基于物理身體進行感知和行動的人工智能系統，其通過智能體與環境的交互獲取信息、理解問題、做出決策并實現行動，從而產生智能行為和適應性。人形機器人有望成為實現具身智能的最佳形態之一，而今年以來AI大模型快速發展，推動人形機器人技術發展進步；
2021年8月，特斯拉公布研發人形機器人計劃。經過2年快速迭代，目前人形機器人Optimus已可以自主對物品分類，具有視覺自標定、顏色分揀任務、單腳保持平衡等能力，在感知、大腦、運動與控制方面具備多項亮點。巨頭入局，帶動國內外眾多玩家投資人形機器人行業；
政策重磅支持，2023年11月2日工信部印發《人形機器人創新發展指導意見》，規劃到2025年，人形機器人創新體系初步建立，“大腦、小腦、肢體”等一批關鍵技術取得突破，確保核心部組件安全有效供給。到2027年，人形機器人技術創新能力顯著提升，形成安全可靠的產業鏈供應鏈體系，綜合實力達到世界先進水平。
未來5年人形機器人市場有望持續高增。根據Stratistics Market Research Consulting數據，2027年全球人形機器人市場規模預計為141億美元，2020-2027年CAGR達58.5%。其中，2027年我國人形機器人市場規模預計為23億美元，占全球市場的16.3%，2020-2027年CAGR達56.4%。
1.2
碳纖維是機器人輕量化核心材料，用于機械手等部位
機器人前期受限于靈活性差、工作效率低，無法規模推廣。而機器人本體輕量化技術是解決以上問題的主要途徑之一，本體輕量化后的機器人可大幅提高運動機動性+工作效率，改善操作速度+動作準確度，同時減輕運動慣性，提高機器人安全性。
機器人輕量化結構材料需滿足：①強度高，②較大的彈性模量和彈性極限，③較大的震動阻尼，④輕量化等性能。傳統工業機器人制造最常見材料是各種合金鋼等，當前機器人常用輕量化材料包括鎂合金、鋁合金、碳纖維復合材料、工程塑料等。
碳纖維應用于機器人輕量化結構材料，主要優勢體現在：
自重輕、能耗低，生產效率高。機械臂自重越輕，其運動慣量越小。碳纖維復合材料密度僅為鋼材的1/3，較鋁合金輕30%，輕自重意味著機械臂運轉過程中需消耗的能量更少，運行更輕便快捷。
強度大、承載多，功能多樣化。機械臂在實現輕自重同時，要保證具備足夠負載能力。機械手臂承受的基本重量包括手臂本身重量+其手爪抓取工件的最大重量，碳纖維復合材料的比強度、比模量均比鋼高，其抗拉強度一般在3500MPa以上，是鋼的7-9倍。
蠕變小、精度高，適應能力強。碳纖維復合材料熱膨脹系數極低、蠕變小，能夠適應溫差較大的工作環境。例如一款專為電力巡檢機器人配備的矩形可伸縮式機械臂管，其在嚴寒、高溫等惡劣氣候環境下工作性能穩定，可精確快速地完成指令，因此在許多特定工作環境下，機器人設計優先選擇碳纖維復合材料。
耐疲勞、壽命長，使用成本低。碳纖維復合材料具有良好的耐疲勞性，維護/更新頻率低。碳纖維復合材料機械臂的實際耐疲勞性一般受制于復合材料鋪層方向與載荷方向的角度設計，需針對機械臂所承受載荷與實際工況設計專門制作方案。
參考目前已發布的機器人機械臂，利用碳纖維材料可幫助機械臂達到輕量化效果。
碳纖維應用場景包括機械手、部分關節部位、感知鞋等：
（1）機械手。根據《碳纖維復合材料在機械手臂中的應用》（作者：張國良等，張國良為中復神鷹董事長），制造碳纖維機械手臂的生產流程主要為裁布、卷布、設計、整體成型、打磨、涂裝、包裝等，其中：①橫走部分采用大型碳纖維結構框架，②引撥部分采用雙梁機構、主體采用優質碳纖維型材梁，③主臂部分采用雙截倍速結構，主體采用優質碳纖維型材。碳纖維機械手臂采用三軸AC伺服馬達驅動。
（2）滑塊矩形管、固定槽鋼等部分關節部位。根據《T軸碳纖維高速桁架機器人的設計》數據，桁架機器人用于輪胎制造環節，為滿足不同工況對高速桁架機器人強度、壽命、質量的要求，T軸滑塊矩形管、Z軸固定槽鋼和Z軸滑塊矩形管采用碳纖維材料。
（3）感知鞋。根據《一種基于碳纖維的智能機器人感知鞋》專利，通過設置碳纖維鞋身、碳纖維鞋底，可使機器人鞋子具有良好的硬度、強度、柔韌度，同時碳纖維鞋底內嵌裝多個姿態傳感器和壓力傳感器、鞋底中部嵌裝微處理芯片，通過微處理器對數據進行分析處理。
1.3
彈性測算：2027年有望拉動5000噸以上碳纖維用量
（1）人形機器人銷量：特斯拉在設計機器人時使用與汽車設計相同的體系，盡可能降低成本、提高產量，Optimus價格可能會少于2萬美元/臺。前文所述，根據Stratistics Market Research Consulting數據，2027年全球人形機器人市場規模預計為141億美元、中國23億美元，我們簡單假設2027年人形機器人單價為2萬美元/臺，則對應全球人形機器人銷量70.5萬臺、我國11.5萬臺。
（2）單位碳纖維用量：碳纖維應用場景包括機械手、部分關節部位、感知鞋等，考慮到目前已發布機器人的應用場景主要為機械臂，因此我們測算單位碳纖維用量時僅考慮機械臂。結合近期國內（挪恩復材、博實碳纖維）部分定制碳纖維機械臂案例，我們預計單機械臂碳纖維用量約3.5-4kg，則單個人形機器人碳纖維用量約7-8kg。
（3）市場空間測算：根據以上測算，2027年全球人形機器人行業拉動碳纖維增量約為5287.5萬噸，國內拉動碳纖維增量約為862.5萬噸。
4）彈性測算：根據賽奧碳纖維數據，2022年全球碳纖維需求為13.5萬噸。我們測算2027年全球人形機器人行業拉動碳纖維增量約為5287.5萬噸，新增需求占比約3.9%，雖然當前測算的增量不突出，但考慮到人形機器人的需求前景非?？捎^，碳纖維的應用空間可期。
1.4
碳纖維擴產/降價/降本大周期已開啟，開拓新領域可期
由于國內龍頭技術突破國外封鎖，疊加2020-2022H1大絲束及小絲束碳纖維均處于高景氣周期，近2年國內碳纖維擴產幅度較大，根據賽奧碳纖維數據，2021-2022年國內碳纖維新增產能分別為2.67、4.93萬噸，年末在產產能同比增速分別為74%、79%。我們統計，小絲束龍頭企業中復神鷹年末在產產能從2020年的0.85萬噸擴產至2022年的1.45萬噸（截至23Q3已擴產至2.85萬噸），大絲束龍頭企業吉林化纖+寶旌年末在產產能從2020年的0.85萬噸擴產至2022年的5.32萬噸，同時部分新進入者如新創碳谷、上海石化、新疆隆炬均有規模擴產。
擴產后降價/降本大周期開啟：
截至2023年11月4日，國產T300級大絲束（48/50K）碳纖維華東市場價為72元/kg，同比-41.5%，較2022年價格高點（144元/kg）下降50%；國產T700級小絲束（12K）碳纖維華東市場價為145元/kg，同比-37%，較2022年價格高點（260元/kg）下降44.2%，以中小絲束降價為例，預計與市場競爭加劇以及需求端如碳碳復材等領域承壓有關；
擴產后規模效應體現，降本增效可期。如中復神鷹23Q3期間費用率18.8%，同比+3.1pct、環比-2.3pct，我們預計23Q3費用端規模效應已初步體現。
前文我們預計單個人形機器人碳纖維用量約7-8kg，假設人形機器人使用T700級小絲束（12K）碳纖維，當前價格下單個人形機器人碳纖維采購成本約1087.5元，占機器人售價的0.75%；假設人形機器人使用T300級大絲束（48/50K）碳纖維，當前價格下單個人形機器人碳纖維采購成本約540元，占機器人售價的0.37%。
碳纖維作為復合材料，在輕量化、材料強度、模量等方面較傳統金屬合金及其他復合材料具備明顯優勢，前期市場空間相對受限，主因系碳纖維單價高，我們看好降價/降本大周期下碳纖維拓寬應用領域。復盤碳纖維在碳碳復材、風電葉片、壓力容器等領域發展過程，通常會經歷：某一下游需求迫切需要碳纖維提高其產品性能，以應用于其高端領域——>高端領域率先滲透——>碳纖維性價比奮起直追——>對傳統材料實現大規模替代。
（1）碳碳復材：2022年占全球碳纖維下游需求的7%。過往傳統單晶爐熱場系統材料主要使用高純、高強等靜壓石墨材料，碳基復合材料具備①安全性高，反復高溫熱震下不易產生裂紋，②可設計性強，制備大直徑單晶爐熱場具有明顯優勢，③使用壽命長、可減少更換部件次數，性價比高等優點。2010年碳碳復材在光伏熱場產品中占比均低于10%，2016年以來碳碳復材在坩堝產品的市占率超過等靜壓石墨，2020年坩堝、導流筒、保溫筒領域碳碳復材占比分別超過95%、60%、55%，實現對靜壓石墨的全面替代。
（2）風電葉片：2022年占全球碳纖維下游需求的26%。傳統風電葉片增強材料主要使用高模量玻纖，碳纖維較玻纖可減輕葉片質量、增強葉片剛度、提高葉片抗疲勞性能，疊加Vestas碳梁保護專利2022年7月到期，國內主流葉片廠均提前布局碳梁拉擠工藝。目前碳纖維主要應用于海風大葉片領域，大規模應用還需關注海風招標價格、大絲束碳纖維與玻纖性價比等因素，目前仍處于高端領域率先應用——>性價比奮起直追階段。
（3）壓力容器：2022年占全球碳纖維下游需求的11%。目前儲氫氣瓶可分為I型、II型、III型、IV型四類，碳纖維可提高儲氫氣瓶工作壓力、提升體積儲氫密度以及實現輕量化，應用于III型瓶、IV型瓶。目前長管拖車采用I型瓶及II型瓶，燃料電池汽車儲氫系統采用III型瓶及IV型瓶。
除了人形機器人領域外，我們同樣看好高端碳纖維降價后持續拓寬應用領域，例如消費電子、3C，今年3月華為新款折疊旗艦Mate X3發布，通過業界獨有的超輕金剛鋁及碳纖維實現突破性減重，整機重量僅239g；蘋果MR開發獨特的“彎曲主板”以適應彎曲外部殼體，內部使用碳纖維來加固；華為Mate60系列采用玄武架構（三層防護結構），包括玻璃層、金屬層和碳纖維層，其中碳纖維層采用高強度碳纖維材料，具有高彈性、高韌性。
#2
投資建議
2.1
行業投資建議
技術進步+巨頭入局+政策支持，人形機器人產業趨勢明確，未來5年市場有望持續高增。碳纖維滿足輕量化需求，比強度、比模量遠高于傳統金屬合金，是機器人輕量化核心材料，可應用于機械手等部位。我們測算，2027年全球人形機器人行業有望拉動碳纖維增量5287.5萬噸，有望成為碳纖維下一個重要增長極。碳纖維擴產/降價/降本大周期已開啟，開拓新領域可期，建議關注【中復神鷹】【光大同創】。
2.2
重點公司
2.2.1 中復神鷹：23Q3費用端規模效應初步體現，關注高端碳纖維拓寬應用領域
23Q3利潤環比承壓，主因部分領域碳纖維價格回落，費用端規模效應已初步體現：
量角度，公司西寧二期1.4萬噸碳纖維項目于23Q2全面投產，目前總產能達2.85萬噸，我們預計隨著西寧二期產能逐步爬坡，23Q3銷量環比23Q2有一定提升。
價角度，23Q3華東T700-12K碳纖維價格同比降幅約39%、環比降幅約8.7%（來源：百川盈孚）。中小絲束價格環比仍有下降，預計與需求端如碳碳復材等領域承壓以及市場競爭加劇有關。
成本角度，23Q3丙烯腈均價8506元/噸，同比-10.6%、環比-4.2%。
費用方面，23Q3期間費用率18.8%，同比+3.1pct、環比-2.3pct?？紤]到期間費用率環比下降+銷量環比提升，我們預計23Q3費用端規模效應已初步體現。
單位盈利方面，考慮到23Q3公司毛利率32.12%，同比-19.57pct、環比-4.17pct，23Q3扣非歸母凈利同比-66.2%、環比-18.9%，我們預計單噸扣非凈利同/環比有一定程度下滑。
降價/降本大周期開啟，關注高端碳纖維拓寬應用領域：公司T700級及以上產品國內市占率保持50%+，其中國內儲氫氣瓶領域市占率80%、碳/碳復材領域市占率60%。我們看好高端碳纖維降價后拓寬應用領域，如人形機器人、電子3C、航空航天等。技術研發精進，持續降本可期。公司上半年已實現單套5000噸/年PAN原液的穩定化均質化制備和精細化控制，紡絲速度達到450m/min，單線規模達5000噸/年；同時成功制備出干噴濕紡T700級48K大絲束碳纖維，產品兼顧小絲束的工藝性能和大絲束的低成本優勢。
投資建議：考慮到高性能碳纖維有一定幅度降價，我們調整業績預期為2023-2025年公司歸母凈利潤3.79、5.02、7.75億元，現價對應PE分別為66、50和32X。我們看好①碳纖維需求多維成長，國產替代正當時，②降價/降本大周期開啟，關注高端碳纖維拓寬應用領域，③公司產品型號基本對標日本東麗，下游應用領域廣，高端民品業務占比高，客戶優質。維持“推薦”評級。
風險提示：行業新增產能投放的風險；需求增速不及預期；原材料價格大幅波動。
2.2.2 光大同創：消費電子碳纖維領域實現國產替代
光大同創致力于為消費電子產品制造商提供一體化防護與功能產品解決方案，2023Q1-Q3光大同創收入7.05億，同比-7.8%，歸母凈利0.87億，同比-5.8%。
收入拆分：公司產品分為防護性產品和功能性產品，23H1防護性產品收入占比為54%、功能性產品為41%。防護性產品未來會采用更具有環保屬性的竹塑和熱塑類材料，助力消費電子企業去塑化；功能性產品包括模切和碳纖維產品。
光大同創碳纖維業務于2019年初立項，前期主要專注于相關專利技術研發，已實現板材及后制成工序自產能力的配套產能釋放。目前公司碳纖維產品主要運用在筆記本電腦外殼，可以減輕重量并提高結構強度。未來在折疊屏手機、顯示屏、家電、無人機、VR、機器人等領域，碳纖維滲透率加速提升。
#3
風險提示
1）新應用領域拓展不及預期。我們測算，2027年全球人形機器人行業有望拉動碳纖維增量5287.5萬噸，有望成為碳纖維下一個重要增長極。但若新應用領域拓展不及預期，可能出現碳纖維下游需求消納不及預期的風險。
2）行業新增產能投放的風險。近2年國內碳纖維擴產幅度較大，2021-2022年國內碳纖維新增產能分別為2.67、4.93萬噸，年末在產產能同比增速分別為74%、79%。行業新增產能若持續投放，可能導致碳纖維行業供需格局惡化、價格持續低位的風險。
3）原材料價格大幅波動。上游原材料丙烯腈如果出現大幅波動，可能會對碳纖維公司成本端造成一定影響，進而拖累毛利率。（來源：民生建材&新材料）
